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在量子計(jì)算領(lǐng)域享受科研快樂
- 發(fā)布時(shí)間:2015-12-16 01:30:57 來源:科技日?qǐng)?bào) 責(zé)任編輯:羅伯特
中國科學(xué)院7日公布,2015年新當(dāng)選院士61名,平均年齡53.9歲,46歲杜江峰名列其中。
“其實(shí)我從有記憶的童年開始,就夢(mèng)想成為科學(xué)家?!倍沤逭f,“這么多年,這個(gè)夢(mèng)想都沒有變過,科學(xué)的未知與挑戰(zhàn)性對(duì)我來說,有著巨大的吸引力?!?/p>
從少年班到量子計(jì)算 取得多項(xiàng)重大成果
從16歲時(shí)保送中科大少年班,到如今已是中科大物理學(xué)院的執(zhí)行院長,杜江峰在這所校園學(xué)習(xí)、成長,30年間實(shí)現(xiàn)了從學(xué)生到青年科學(xué)家,再到中國科學(xué)院院士的華麗蛻變。
28歲時(shí),杜江峰開始進(jìn)軍當(dāng)時(shí)最新的量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域,成為我國最早從事這項(xiàng)研究的科學(xué)家之一;接下來的近20年里,杜江峰一頭扎進(jìn)量子計(jì)算領(lǐng)域,取得多項(xiàng)重大研究成果。
2002年,杜江峰在國際上第一次成功地實(shí)現(xiàn)了量子博弈的實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)現(xiàn)中國國內(nèi)量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究工作首次刊發(fā)在國際權(quán)威雜志《物理評(píng)論快報(bào)》上。由于這項(xiàng)研究成果的新穎性,《自然》的科學(xué)新聞對(duì)該工作成果作了專題報(bào)導(dǎo),英國的《新科學(xué)家》以及美國物理學(xué)會(huì)與歐洲物理學(xué)會(huì)的新聞網(wǎng)站也都報(bào)道了該項(xiàng)研究成果。
“這個(gè)成果是我發(fā)表的第一篇PRL(《物理評(píng)論快報(bào)》)論文,在我的科研道路上很有意義?!倍沤逭f,“當(dāng)時(shí)牛津大學(xué)已經(jīng)有了這個(gè)方向的理論成果,我們的這個(gè)成果則很好地跟蹤了國際前沿方向,從實(shí)驗(yàn)的角度做出了很好的展示?!?/p>
2009年,他帶領(lǐng)自己的科研團(tuán)隊(duì)做出的又一項(xiàng)重要成果產(chǎn)生了:首次在真實(shí)固態(tài)體系中實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)動(dòng)力學(xué)去耦,這項(xiàng)成果發(fā)表于國際權(quán)威雜志《自然》。這項(xiàng)研究的重要性在于極大提升了現(xiàn)實(shí)物理體系的性能,從而朝實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算邁出重要的一步。該成果入選了“兩院院士”評(píng)選的2009年度中國高校十大科技進(jìn)展。
眼光獨(dú)到 “鉆石探針”驚艷亮相
今天,在杜江峰看來,這兩項(xiàng)重要成果都屬于技術(shù)上的突破,為自己之后的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。當(dāng)時(shí)的他也為自己定下了新的發(fā)展目標(biāo):有朝一日要從跟蹤前沿研究,轉(zhuǎn)化為引領(lǐng)前沿研究。
達(dá)到這個(gè)目標(biāo)的第一步,就是要實(shí)現(xiàn)從購買儀器到自主研制儀器的躍變。之前的研究,不管是核磁共振,還是電子自旋磁共振的研究,都是在購買的商用譜儀上完成的。
2009年之后,杜江峰開始嘗試用新的方法,將研究深入到光探測(cè)磁共振領(lǐng)域,購買的譜儀已經(jīng)不能滿足實(shí)驗(yàn)需求。
“從那時(shí)開始,我們實(shí)驗(yàn)室開始嘗試自己設(shè)計(jì)、建設(shè)新的科學(xué)譜儀,以滿足我們?cè)趩畏肿訉用嫔系目茖W(xué)研究?!倍沤逭f。他對(duì)方向的準(zhǔn)確把握又帶來了重大的成果。
2015年3月,杜江峰領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)再一次創(chuàng)造了一項(xiàng)驚艷世界的研究成果:他們利用鉆石中的氮—空位點(diǎn)缺陷作為量子探針(簡稱“鉆石探針”),選取了細(xì)胞分裂中的一種重要蛋白為探測(cè)對(duì)象,將量子技術(shù)應(yīng)用于單個(gè)蛋白分子研究,在室溫大氣條件下獲得了世界上首張單蛋白質(zhì)分子的磁共振譜。這項(xiàng)成果發(fā)表于國際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上,同期《科學(xué)》“展望”欄目專文報(bào)道稱贊“此工作是通往活體細(xì)胞中單蛋白質(zhì)分子實(shí)時(shí)成像的里程碑”。
這項(xiàng)研究從醞釀到最終完成,歷時(shí)近三年。期間,杜江峰的團(tuán)隊(duì)與從事蛋白質(zhì)研究的生物領(lǐng)域科學(xué)家展開了交叉學(xué)科的合作,同時(shí),他們還著手自主設(shè)計(jì)、建設(shè)專門的科學(xué)儀器。
“以鉆石為‘探針’的磁共振方法可以把以前看不見的東西變得‘看得見’,在化學(xué)、材料、生命等很多領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景?!倍沤褰忉專爸赃@項(xiàng)研究是與生命科學(xué)的交叉,源于我個(gè)人的看法:如果能將生命科學(xué)的探索推進(jìn)到單分子水平,那么就有可能對(duì)探明很多疾病的起源有所幫助。”
“遭遇挫折,是做科研的常態(tài)”
“遭遇挫折,是做科研的常態(tài)。”杜江峰認(rèn)為,“好的研究成果一定是建立在解決了很多挫折的基礎(chǔ)上”。
“鉆石探針”是一項(xiàng)跨學(xué)科的研究成果,也遭遇了很多意想不到的問題。
首先要解決的是探針的制備和篩選,這也是進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)的前提;接著又碰到了新的問題:如何將制備好的蛋白質(zhì)樣本與探針靠近呢?實(shí)驗(yàn)組與生物科學(xué)家之間都進(jìn)行多次討論,最后確定了用多聚賴氨酸對(duì)蛋白分子進(jìn)行固定和保護(hù)的方案。
他們將發(fā)展起來的量子操控技術(shù)用于提高探針靈敏度,經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn),最終成功測(cè)得了單蛋白分子磁共振信號(hào);這時(shí)又出現(xiàn)了一個(gè)難題:信號(hào)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)想的結(jié)果并不一致。大家多方查閱文獻(xiàn)和討論,最終確定了問題所在:開始用的計(jì)算模型沒有把蛋白質(zhì)分子的微觀“扭動(dòng)”即動(dòng)力學(xué)行為考慮進(jìn)去,加上這個(gè)因素以后,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算就吻合了。
該成果的第一作者、杜江峰團(tuán)隊(duì)的特任研究員石發(fā)展回憶說:“遇到困難時(shí)肯定有過郁悶和沮喪,但還好,杜老師帶著我們把一個(gè)一個(gè)問題都攻克下來了?!?/p>
享受科研的過程 不要“混文章”
享受科研的過程,是杜江峰的一個(gè)理念,這也滲透到他的團(tuán)隊(duì)成員心里。
“記得‘鉆石探針’收到《科學(xué)》編輯修改意見的時(shí)候,正值春節(jié),我們需要很快做出回復(fù)。那幾天杜老師和我?guī)缀醵寂菰谶@件事情上,反復(fù)溝通商量文章細(xì)節(jié),絲毫不覺得苦與累?!笔l(fā)展依然記得當(dāng)時(shí)的情景,“杜老師時(shí)常告誡我們不要‘混文章’,而要做真正有價(jià)值的研究,這個(gè)過程是非常充實(shí)而快樂的?!?/p>
杜江峰的實(shí)驗(yàn)室人數(shù)規(guī)模不算大,加上他自己,大約10人,基本上都是年輕人,平均年齡只有30多歲。這樣一支年輕團(tuán)隊(duì)卻展現(xiàn)出了對(duì)科研驚人的投入與激情,進(jìn)而迸發(fā)出巨大的能量。
“我們的這個(gè)團(tuán)隊(duì),真的是蠻拼的。全年沒有休假日,幾乎每天在凌晨以后,還有人在工作?!倍沤逭f起這點(diǎn),頗感自豪,“但事實(shí)上,我的實(shí)驗(yàn)室從來沒有打卡制度,科研人員和學(xué)生們都是自愿把精力和時(shí)間投入在實(shí)驗(yàn)室里,我想這是因?yàn)樗麄兏惺艿搅丝蒲械目鞓钒桑 ?/p>
對(duì)科研的“享受”過程,還在于不束縛大家的思維,給人“天馬行空”的空間。
在團(tuán)隊(duì)成員的眼中,實(shí)驗(yàn)室是個(gè)團(tuán)結(jié)而平等的“大家庭”。每個(gè)人既有相互獨(dú)立的研究方向,又有很多合作的機(jī)會(huì),在學(xué)術(shù)探討上只有對(duì)錯(cuò),沒有高低。杜江峰說,在他的實(shí)驗(yàn)室里,有80%的研究內(nèi)容是課題組確定好的選題,還有20%的空間留給個(gè)人去“天馬行空”,提出自己感興趣的選題,課題組會(huì)進(jìn)行討論,如果選題有合理性,就會(huì)支持個(gè)人去開展研究。
除了科研之外,杜江峰對(duì)其他方面并不愿多談。他始終保持著科學(xué)家特有的嚴(yán)謹(jǐn)與謙虛:“其實(shí)我沒有太多科研之外的時(shí)間,幾乎每天都呆在實(shí)驗(yàn)室和學(xué)院里,所以還是多談?wù)効蒲邪??!倍沤逭f,科研就是他所熱愛并為之奮斗的事業(yè),他不會(huì)停下探索未知的腳步。他希望“能多做出一些原創(chuàng)性創(chuàng)新成果,有朝一日在這個(gè)領(lǐng)域能夠引領(lǐng)世界前沿研究。
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